Stan skupienia materii - podstawowa forma, w jakiej występuje substancja, określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.
Podział stanów skupienia
Tradycyjny, pochodzący z XVII w. podział stanów skupienia, wyróżnia trzy takie stany (w nawiasach nazwy substancji w tym stanie):
- stały (ciało stałe)
- ciekły (ciecz)
- gazowy (gaz)
Dodany w czasach nam współczesnych.
- gaz zjonizowany (plazma)
Obecnie znane stany skupienia:
- ciało stałe
- ciecz
- gaz
- plazma (gaz zjonizowany)
- kondensat Bosego-Einsteina
IV stan skupienia
Plazma - silnie zjonizowany gaz, występują w niej neutralne cząsteczki, zjonizowane atomy oraz elektrony, jednak cała objętość zajmowana przez plazmę z "globalnego" punktu widzenia jest elektrycznie obojętna. Uważa się ją za czwarty stan skupienia materii. Plazma przewodzi prąd elektryczny, a jej opór elektryczny, inaczej niż w przypadku metali, maleje ze wzrostem jej temperatury.
W stanie plazmy znajduje się ponad 99% materii tej części Wszechświata, która znajduje się w obszarze dostępnym dla ludzkiej obserwacji.
Plazma ma strukturę komórkową, w której każda komórka jest otoczona przez warstwę podwójną DL (double layer). Warstwa podwójna powstaje, gdy w plazmie występuje różnica temperatur. W warstwie podwójnej od strony cieplejszej występuje warstwa o zwiększonej ilości (gęstości) jonów dodatnich, a od strony chłodniejszej warstwa o zwiększonej gęstości elektronów, między tymi warstwami występuje obszar o zmniejszonej gęstości jonów i elektronów. Komórki te mogą mieć formę ziarnistą, ale częściej obserwuje się formy włókniste, występujące często przy przepływie plazmy.
Ze względu na temperaturę, plazmę dzieli się na:
- plazmę zimną (4000 - 30000 K) wytwarzaną w plazmotronach,
- plazmę gorącą (30000 K i wyżej) występującą we wnętrzu gwiazd lub podczas wybuchów jądrowych.
Gdy prąd przepływa przez komórkę plazmy, która jest prawie idealnym przewodnikiem, musi przepłynąć przez warstwę podwójną, i to właśnie na niej następuje prawie cały spadek napięcia.
W zależności od natężenia przepływającego prądu w plazmie rozróżnia się trzy stany:
- przy bardzo małym natężeniu "czarny prąd" - nie widać objawów wzrokowo,
- przy zwiększonym natężeniu plazma zaczyna wytwarzać światło - najbardziej znanym w życiu codziennym jest światło z jarzeniówek,
- gdy natężenie prądu przekracza pewną graniczną wartość, powstaje łuk elektryczny (tak jak przy spawaniu).
Wprowadzenie określenia plazmy przypisuje się amerykańskiemu fizyko-chemikowi, nobliście Irvingowi Langmuirowi w 1928.
Zastosowania plazmy:
- Lampy sodowe 104kPa (niskociśnieniowe)
- Lampa rtęciowa z luminoforem nie emitująca wszystkich kolorów
- Lampy sodowe (wysokociśnieniowe) o pomarańczowym kolorze
- Lampy kseonowe - wyładowania impulsowe 106kPa
- Synteza jądrowa
- Czyszczenie powierzchni
- Szlifowanie plazmowe
- Narzędzia chirurgiczne (ostrzenie, nakładanie powłok)
- Sterylizacja plazmowa
- Wyświetlacze plazmowe
- Teflon
